ядрена енергия

Теми codifier УПОТРЕБА: енергията на свързване на нуклоните в ядрото, ядрени сили.

Атомното ядро, съгласно модела на нуклон състои от нуклоните - протони и неутрони. Но това, което сили пази нуклоните вътре в ядрото?

Поради това, което, например, се държат заедно от два протона и два неутрона в ядрото на хелий атом? В крайна сметка, на протоните, изкарва извън една от друга с електрически сили ще трябва да се разпръснат в различни посоки! Може би това е гравитационно привличане на нуклоните един към друг не я предостави в ядрото, за да се разпадне?

Нека да проверим. Нека двата протона са разположени на известно разстояние един от друг. Ние считаме, съотношението на силата на електрически отблъскване на силата на тяхното гравитационно привличане:

Cl протон заряд, протонната маса кг, така че ние имаме:

Какво чудовищен превъзходство на електрическа енергия! Гравитационното привличане на протоните не е нещо, което не осигурява стабилността на ядрото - това обикновено не се забелязва на фона на тяхната взаимна електрически отблъскване.

Следователно, има и други сили на привличане, които държат нуклоните в ядрото и да се чувствате най-голямата сила на електрически отблъскване на протоните. Това - в така наречените ядрени сили.

До сега, ние знаехме, два вида взаимодействия в природата - гравитационни и електромагнитни. Ядрените сили са проява на една нова, трета тип профил взаимодействията - силното взаимодействие. Ние няма да навлизаме в механизма на настъпване на ядрените сили, а само се изброят най-важните им свойства.

1. ядрени сили действат между две нуклоните: протон и протона, неутрони и протони, неутрони и неутрона.
2. привличане сили ядрени на протоните в ядрото при около 100 пъти силата на електрическото отблъскване на протоните. По-мощни сили, отколкото ядрената в природата, не се наблюдава.
3. привличане сили ядрени са къси разстояния: техния обхват е около m Това е размерът на ядрото - а именно на такова разстояние един от друг нуклоните се задържа ядрени сили .. Когато ядрени сили разстояние намаляват много бързо; ако разстоянието между нуклоните става равно на m, ядрената енергия е почти напълно изчезнал.

На разстояния по-малки м, ядрените сили стават сили на отблъскване.

Силна взаимодействие е един от основните - не може да бъде обяснено на базата на някои други видове взаимодействия. Способни силни взаимодействия беше характерни не само протони и неутрони, но също и някои други елементарни частици; Всички тези частици се наричат ​​адрони. Фотони и адрони не са - те са силни взаимодействия не участват.

Тежести атоми и елементарни частици са изключително малки, и да ги измерват в килограми неудобни. Ето защо, в атомната и ядрената физика, където често се използва по-малки единици - така
нарича единица за атомна маса (съкращение като. д. т.).

По дефиниция, атомната маса единица е 1/12 масата на въглероден атом. Тук стойността си до пет знака след десетичната запетая в стандартен запис:

(Тази точност ние след това трябва да се изчисли един много важни ценности, последователно прилагани при изчисляването на енергията на ядрата и ядрени реакции.)

Оказва се, че 1 а. .. Е m, изразена в грамове, е числено равно на обратна на постоянен мол Авогадро:

Защо така? Припомнете си, че броя на Авогадро е броят на въглеродните атоми в 12d. В допълнение, масата на въглероден атом е 12 а. .. Е m Следователно имаме:

толкова добре. д. т. = R, както се изисква.

Както си спомняте, всяка телесна маса m има почивка енергия E, която се изразява чрез формулата на Айнщайн:

Ние разберете колко енергия се съдържа в една единица за атомна маса. Ние ще трябва да изпълняват изчисления с висока точност, така че ние се със скоростта на светлината с пет знака след десетичната запетая:

Така че, за масите, както и. .. Е м на правилното енергия почивка:

В случай на малки частици, използвайки джаула неудобно - по същата причина, както тази на килограм. Има много по-чиста единица за измерване на енергия - електрон (EV съкращение).

По дефиниция, 1 ЕГ е придобит по време на преминаването на електрона ускоряване потенциална разлика от 1 V енергия:

(Може да се помни, че при изпълнението на задачите е достатъчна, за да се използва стойността на начално зареждане под формата на Cl, но тук имаме нужда от по-точни изчисления).

И сега, най-накрая, ние сме готови да се изчисли обеща по-горе много важна стойност - енергийния еквивалент на единица за атомна маса, изразена в MeV. От (2) и (3) получаваме:

Така че, не забравяйте: мир и енергия на един. д. т. е равно на 931.5 MeV. Този факт ще срещнете няколко пъти в решаването на проблемите.

В бъдеще ние ще трябва маса и почивка енергия на протон, неутрон и електрон. Ние ги представя с точност, достатъчна за решаване на проблемите.

а. .. Е м MeV;
а. .. Е м MeV;
а. д. т. MeV.

Научихме, че тежестта на тялото е равна на сумата на части от теглото, от които е съставен. В областта на ядрената физика, от тази проста мисъл е необходимо да се оттегли.

Да започнем с един пример и да вземат познатия ни -particle ядрото. Таблицата (например, в книга проблем Rymkevich) има стойност на неутрален атомна маса на хелий, и тя е равна на 4,00260. .. F m M За определяне на масата на хелиеви ядра трябва да се изважда маса на неутрален атом теглото на два електрона в един атом на:

В същото време, общата маса на два протона и два неутрона, които съставляват ядрото на хелия, е:

Ние виждаме, че сумата от масите на нуклоните, които съставляват ядрото на ядрото е по-голяма от масата, за

Стойността се нарича маса дефекта. По силата на формула Einstein (1) съответства на маса промяната на дефект енергия:

Стойността е също означен наречена ядрена енергия. По този начин, свързване енергийни-частици е приблизително 28 MeV.

Какво е физическото смисъла на свързващата енергия (и следователно маса дефект)?

За да разделите ядрото на съставните си протоните и неутроните, е необходимо да се направи работата срещу ядрените сили. Тази работа не е по-малко от определена стойност; минималната работата на фрактура на ядрото се прави в случаите, когато освободените протоните и неутроните са в покой.

Е, ако работата се извършва на системата, енергия на системата се увеличава с размера на извършеното работа. Следователно, общата енергия на нуклоните почивка, съставляващи ядрото и взети поотделно, е по-голяма, отколкото останалата част от стойността на ядро ​​енергия.

Следователно, общата маса на нуклоните, който се състои от сърцевина е по-голямо от теглото на сърцевината. Ето защо не е масов дефект.

В този пример, общата енергия с -particle почивка от два протона и два неутрона повече енергия почивка хелий ядро ​​28 MeV. Това означава, че разделянето на ядрото на съставните си нуклоните трябва да изпълнява работата, равна на най-малко 28 MeV. Тази стойност се обадихме ядрена енергия.

По този начин, енергията на свързване на ядрените - е минималната работата изисква да се ангажират с ядрения разпад на съставните си нуклоните.

ядрена енергия е енергията разликата между останалата част на нуклоните, взети поотделно, а самото ядро ​​почивка енергия. Ако масата на ядрото се състои от протони и неутрони, енергия свързването, ние имаме:

Стойността, както вече знаем, се нарича маса дефекта.

Важна характеристика на силата на ядрото е неговата специфична свързваща енергия. равен на съотношението на енергията се дължи на броя на нуклоните:

Специфичното свързване енергия има енергията на свързване на нуклон, и че има смисъл да бъде средно работата, която трябва да се ангажират с премахване на нуклон от ядрото.

Фиг. 1 показва специфично свързване енергия от природни (т.е. естествено срещащи 1) изотопи на химичните елементи от масово число А.

Фиг. 1. специфична енергия на естествено срещащите се изотопи

Елементи с масови числа 210-231, 233, 236, 237 не се срещат естествено. Това обяснява пропуските в края на графика.

В светлината елементи специфични свързващи енергия се увеличава с увеличаване, достигайки максимална стойност от 8.8 MeV / ф желязо в близост (т.е. промени в границите от около 50 до 65). След това постепенно намалява до стойност от 7.6 MeV / ф у уран.

Такава зависимост от специфичното свързване енергия от броя на нуклоните обяснени чрез комбинираното действие на две противоположни фактори.

Първият фактор - повърхностни ефекти. Ако нуклоните в ядрото е малка, голяма част от нея е на повърхността на ядрото. Тези повърхностни нуклоните са заобиколени от по-малко от съседите вътрешни нуклоните и съответно да реагират с по-малко съседни нуклоните. Чрез увеличаване на дела на вътрешните нуклоните се увеличава, докато делът на повърхността на нуклоните - пада; така работата, която трябва да се ангажират да се премахне един нуклон от ядрото, средната стойност трябва да се увеличи с.

Въпреки това, с увеличаване на броя на нуклоните започва да показва на втория фактор - Кулон отблъскване на протоните. Колкото повече протони в ядрото, толкова по-отблъскване сили електрическите склонни да разкъсат ядрото; С други думи, по-силен всеки протон отблъснати от другата протон. Ето защо, работата изисква да премахнете нуклон от ядрото, средната стойност трябва да се намали с увеличаването.

Докато нуклоните е малък, първият фактор доминира втората, защото специфичното свързване на енергия се увеличава.

се сравняват помежду си действия на двата фактора в близост до желязо, при което специфично свързване енергия отива максимум. Това е областта с най-стабилни, твърди ядра.

Тогава вторият фактор започва да се компенсират, а под влияние на все по-голям Кулон отблъскване сили, препълнен с ядрото, специфичната свързваща енергия намалява.

Фактът, че вторият фактор е доминиращ в тежки ядра, казва за една интересна особеност на ядрени сили: те имат насищане собственост. Това означава, че всеки нуклон в ядрото на една голяма ядрена сила не е свързан с всички останали нуклоните, но само малък брой от своите съседи, а броят не зависи от размера на ядрото.

В действителност, ако това не се насища, специфичната свързваща енергия ще продължи да се увеличава с - защото тогава всеки нуклон е завързан за ядрените сили от всички големия брой на нуклоните в ядрото, така че първият фактор винаги ще доминира втората. В отблъскване сили Кулон няма да има шанс да обърне посоката на течението в тяхна полза!

Обадете ни се: 8 (800) 775-06-82 (безплатно обаждане на България) +7 (495) 984-09-27 (безплатно обаждане в Москва)

Или щракнете върху връзката "Научете повече", за да попълните формата за контакт. Ние определено ще ви се обадим.